微合金化針狀鐵素體型管線鋼組織和性能研究.pdf

1、為降低管線的建設(shè)和運營成本、保證高壓長距離輸送天然氣管線的安全、可靠性，對所用鋼材要求具有高強度、高韌性和良好的焊接性能。材料的強度與韌性、焊接性是一對矛盾。因此，對高壓輸氣管線鋼需采用較以往“貧珠光體”組織特征的管線鋼不同的組織和成分設(shè)計。本研究以微合金化鋼的晶粒細化、強韌化理論和TMCP技術(shù)為基礎(chǔ)，提出超低碳微合金化管線鋼的設(shè)計思想，系統(tǒng)地研究了西氣東輸工程用微合金化針狀鐵素體型X70管線鋼的組織和性能。 采用熱模擬試驗方法

2、研究了針狀鐵素體型管線鋼高溫變形的熱塑性、變形抗力和奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變。結(jié)果表明：變形速率為10<'-3>/s時，在1050℃～1200℃范圍內(nèi)具有較好的高溫塑性。加大冷卻速度可促進形變奧氏體向針狀鐵素體的轉(zhuǎn)變，并細化組織。同樣變形條件下，超低碳成分的針狀鐵素體管線鋼與低碳X70管線鋼的變形抗力值差別不大。 通過拉伸試驗、夏比沖擊試驗、示波沖擊試驗、落錘撕裂試驗(DWTT)和裂紋尖端張開位移(CTOD)斷裂韌性試驗研究了針狀鐵

3、素體型X70管線鋼的強度、韌性。與傳統(tǒng)低碳貧珠光體管線鋼相比，超低碳針狀鐵素體管線鋼強度等級相近，在拉伸曲線上表現(xiàn)為連續(xù)屈服；具有更高的沖擊韌性和斷裂韌性、更低的夏比沖擊韌脆轉(zhuǎn)變溫度和更低的落錘撕裂試驗(DWTT)的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，具有良好的抗低溫動態(tài)撕裂能力；示波沖擊試驗表明成分相同的情況下針狀鐵素體組織的試驗鋼較含少量珠光體組織的試驗鋼具有更高的沖擊韌性，對裂紋擴展具有更高的止裂能力。采用光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡對微

4、合金化針狀鐵素體管線鋼組織進行顯微分析。針狀鐵素體管線鋼組織均勻細小，珠光體帶狀組織已消除，鐵素體晶粒邊界不平直，呈明顯的形變特征，并分布著一些M-A組元。析出相主要是Ti和Nb的碳氮化物，析出相尺寸從10nm數(shù)量級到100nm數(shù)量級不等，呈均勻分布和偏聚于晶界等缺陷部位分布。透射電鏡下典型的針狀鐵素體精細組織呈片型的針狀形態(tài)，且其中含與細小析出相交互作用的高密度位錯結(jié)構(gòu)。顯微組織的細化有利于提高材料的強度和韌性。 焊接熱模擬試

5、驗結(jié)果表明，試驗鋼粗晶區(qū)再加熱脆化現(xiàn)象主要發(fā)生在780～840℃的再加熱溫度區(qū)。粗晶區(qū)脆化主要與大顆粒的M-A組元有關(guān)。臨界再熱粗晶區(qū)脆化與M-A組元的分布形態(tài)和比例有關(guān)。隨焊接線能量的增加粗晶區(qū)的韌性下降。大線能量時形成大尺寸的M-A組元是使韌性下降的主要原因。M-A組元中的殘余奧氏體比例的增加有助于改善韌性。針狀鐵素體X70管線鋼具有好的焊接性能。 氫誘裂紋(HIC)性能研究表明采用超低碳超低硫成分設(shè)計的針狀鐵素體X70管線